車輛加速度的限制的製作方法

2023-07-16 01:49:06 1

專利名稱：車輛加速度的限制的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及對動力系(powertrain)的控制，並且特別涉及實現車輛加速和減速目標的動力系控制。
背景技術：
車輛的操作者通常通過預先選定變速器換擋特性、例如通過選擇可用的齒輪速比範圍，例如前進擋(F)3-2-1，並驅動加速器和制動踏板來控制車輛加速度。車輛的加速度在很大程度上取決於車輛質量、車輛載荷、路面坡度等因素。車輛加速或減速過程中的加速度變化率是受車輛載荷影響，尤其是公共運輸工具、越野(overroad)商用車和重型農用和建築車輛，這些車輛的車輛載荷變化很大。例如，在一定油門踏板行程量的情況下，載重較輕的車輛的加速要比載重較重的車輛加速要快。類似的，對於一個給定的制動踏板力，載重較輕的車輛的減速要滿載的車輛減速要快。加速度和減速度的變化會影響在重型車輛中的乘員舒適性。加速度和減速度的變化可能影響商用車和重型農用和建築車輛的載重穩定性和換擋。加速度和減速度的變化可能影響所有車輛的穩定性。這就要求操作者必須總是掌握車輛的載重因素和道路坡度因素，以便能調節油門踏板和制動力以便獲得適當的加速度和減速度。
而且，儘管內燃機在其的工作速度範圍內提供相對較高的最大轉矩，但是電動機在其速度範圍內的低端才具有最大轉矩。使用電動機的混合動力系的低速轉矩能力是眾所周知的。這轉換成明顯可用的車輛啟動轉矩和明顯可用的再生制動轉矩。考慮到車輛推力變化的不良影響，混合動力系的明顯的低速轉矩能力對實現乘員舒適性、載荷穩定性和車輛穩定性都帶來額外的挑戰。
現在需要的是一種方法和一種裝置能限制車輛的加速度和減速度以便優化乘員舒適性，並減少對車輛載荷的影響，並提高車輛穩定性，而不用考慮加速度和減速度變化的影響因素例如車輛載荷和路面坡度。

發明內容
本發明提供一種對現有動力系控制系統的改進，其通常可以根據操作者的需要提供恆定量的輸出轉矩。這種改進包括一種方法和一種裝置，用於控制車輛的加速度和減速度。根據本發明，可以控制車輛的加速度以便提供更加一致和可預測的車輛響應。這樣的一種控制方法包括監視車輛的加速度，以及閉環限制車輛輸出轉矩作為預定的加速限制值和車輛加速度的函數。最好，僅當車輛加速度超過預定值的時候閉環限制才發揮作用。有利地，本發明能有效地控制車輛的加速度和減速度，並且能適應車輛各種不同的有效齒輪比。在本領域的普通技術人員在閱讀和理解隨後對具體實施例的詳細說明後，本發明的上述和其他方面就更明顯了。


現在將參照附圖通過舉例的方式描述本發明，其中圖1是用於實現本發明的示意性動力系系統的原理圖；圖2是根據本發明一個優選實施例的控制原理圖；圖3A和3B是響應數據曲線，表示了根據本發明所執行的控制；圖4是表示根據本發明對應於不同的制動力而確定減速限定值的示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖，其中附圖僅僅是為了說明本發明的目的，而不是要限定本發明的目的，圖1顯示了根據本發明的一個實施例使用的的示意性系統的機械結構原理圖。該示意性的系統最好包括一個動力系系統11，其帶有一個發動機14和一個電動變速器(EVT)10。
EVT10最好包括多模式、複合分段式的電動變速器，該變速器包括一個或多個行星齒輪組和根據不同轉矩傳遞裝置的應用和釋放建立的耦合通路。EVT10通過一個輸入部件連接到發動機14上，該輸入部件帶有一個設置在上述兩個部件之間的瞬間轉矩減震器16。該瞬間轉矩減震器可以是跟一個轉矩傳遞裝置(未示出)合成一體或連接在一起，以便使得發動機14與EVT10可選擇地接合。EVT10還包括一對電動機MA56和MB72以及一個輸出軸64，輸出軸連接到車輛的動力傳動系統(未示出)上。車輛的動力傳動系統可以包括普通的動力傳動系統部件例如差動齒輪組、傳動軸、萬向節、末級傳動齒輪組，車輪和輪胎。電動機從能量儲存系統接收電能，並將電能提供給能量儲存系統，能量儲存系統包括在電池組模塊(BPM)21中的一個或多個電池，或者包括任何能雙向傳遞電流的適當能量儲存裝置。發動機、動力傳動系統和電動機轉矩可以在任意一個方向。也就是說，其中每一個都可以給動力系提供雙向轉矩貢獻。該系統還包括一個雙動力轉換模塊(DPIM)19、一個發動機控制模塊(ECM)23、一個系統控制器43和一個控制器區域網(CAN)總線25。
在所示的實施例中，發動機14可以是內燃機，最好是壓燃式發動機，被ECM23電子控制。ECM23是一個常規的基於微處理器的發動機控制器，其包括此類常規的部件諸如微處理器、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、電可編程只讀存儲器(EPROM)、高速時鐘、模數(A/D)和數模(D/A)電路和輸入/輸出電路和裝置(I/O)和適當的信號調節和緩衝電路，這些都是本領域的普通技術人員所公知的。ECM23的功能是從很多傳感器中獲得數據，然後通過很多的分離的線路分別控制發動機14上的很多驅動器。為了簡單起見，所示的ECM23通過集合線35與發動機14雙向連接。ECM23所檢測到的各種不同參數是油箱和發動機冷卻液溫度、發動機轉速、渦輪壓力、和周圍空氣的溫度及壓力。通常被ECM23控制的多個驅動器包括燃油噴射器、風扇控制器、和包括電熱塞和柵格狀進氣加熱器在內的發動機預熱器。ECM23最好根據系統控制器43所提供的發動機轉矩指令(Te_cmd)為發動機14提供公知的基於轉矩的控制，這點將在下面進行詳細介紹。這樣的發動機電子設備、控制和性能對於本領域的技術人員是公知的，並不需要在這裡進行詳細介紹。
DPIM19包括一對功率變換器和各自的電動機控制器，電動機控制器用來接收電動機控制指令，並根據其控制變換器的狀態，以便提供電動機驅動或再生功能。第一電動機MA56和第二電動機MB72最好包括三相AC電機。因此，DPIM19所使用的功率變換器最好包括互補的三相功率電子設備，如普通技術人員所公知的那樣。第一電動機MA56和第二電動機MB72都通過高壓相線29和31連接到DPIM19上。MA56和MB72各自的單獨電動機速度信號Na和Nb都被DPIM19從電動機相位信息或常規的旋轉傳感器中導出。這樣的電動機、電子設備、控制和性能對於本領域的技術人員是公知的，並不需要在這裡進行詳細介紹。
DPIM19通過高壓直流電(DC)線路27連接到BPM21上，從而能在二者之間傳遞一定量的電能。電流形式的電能可以根據BPM21的充電和放電在BPM21和DPIM19之間傳遞。
EVT10和DPIM19可以在電動機控制模式和再生控制模式下工作。當處於電動機控制模式下的時候，各自的變換器從DC線路接收電流，並將AC電流通過高壓相線29和31提供給各自的電動機。當處於再生模式下的時候，各自的變換器通過高壓相線29和31從電動機接收AC電流，然後將電流提供給DC線路27。供給變換器或從變換器輸出的淨DC電流決定BPM21是處於充電或放電模式。
系統控制器43是一種基於微處理器的控制器，其包括此類常規部件諸如微處理器、只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM、電可編程只讀存儲器EPROM、高速時鐘、模數(A/D)和數模(D/A)電路、數位訊號處理器(DSP)和輸入/輸出電路和裝置(I/O)和適當的信號調節和緩衝電路。在示意性實施例中，系統控制器43包括一對基於微處理器的控制器，其作為車輛控制模塊(VCM)15和變速器控制模塊(TCM)17。VCM和TCM可以提供，例如與EVT和對車輛底盤相關的很多控制和診斷功能，包括，例如提供給發動機轉矩指令、輸入速度控制、與再生制動協調的輸出轉矩控制、防抱死制動以及牽引力控制。
上述的各種模塊(也就是，系統控制器43、DPIM19、BPM21、ECM23)通過控制器區域網(CAN)總線25進行通訊。CAN總線25影響在各種模塊和控制器之間的控制參數和指令的通訊。所使用的通信協議是根據應用特定的，在這裡就不詳細介紹了。例如，重型車輛所使用的最好的協議是汽車工程協會標準J1939。CAN總線和適當的協議在系統控制器43、ECM23、DPIM19、BPM21和其他例如防抱死制動和牽引力控制器等控制器之間提供強狀信息交換(robust messaging)和多控制器接口。
特別是關於EVT功能，系統控制器43的功能是作為從多個傳感器直接獲取數據，然後通過多個的分離線路分別直接控制EVT的多個驅動器。為了簡單起見，所示的系統控制器43通過集合線33與EVT雙向連接。特別需要說明的是，系統控制器43從輸入和輸出部件旋轉傳感器中接收頻率信號，應用處理成使用在EVT10的控制中的輸入速度(Ni)和輸出速度(No)。還表示了用戶界面(UI)的塊13，其包括對系統控制器43的輸入，例如車輛油門位置、用於可用驅動範圍選擇的按鈕換擋選擇器(PBSS)、制動力和高速空轉請求等。車輛傳感器，包括旋轉傳感器、PBSS傳感器和位置傳感器對於本領域的技術人員是公知的，並且沒有在圖中詳細地示出。
通常來說，系統控制器43確定了使用在動力系的控制中的命令輸出轉矩(To_cmd)。對(To_cmd)的確定是依據操作者輸入因素，例如油門踏板位置和制動踏板位置和車輛動力學條件例如車速。其他操作者輸入因素例如換擋選擇器位置和動力輸出要求、其他操作條件例如溫度、電壓、電流和部件速度也可以影響確定輸出轉矩。系統控制器43還可以確定是由發動機和電動機合成還是分別構成輸出轉矩。這種控制最好根據所選擇的發動機轉矩和速度工作點來完成。發動機轉矩控制是通過發動機控制器根據系統控制器所確定的命令發動機轉矩(Te_cmd)來進行處理，發動機轉速控制是直接通過控制電動機轉矩的速度控制來處理的。優選地確定發動機轉速和發動機轉矩以及控制發動機轉速的方法在共同擁有以及未審結的美國專利申請號10/686511(代理號№GP-304140)、10/686508(代理號№GP-304193)、10/686034(代理號№GP-304194)和10/799531(代理號№GP-304338)中公開，這些申請被全部結合在這裡都作為參考。
動力系控制的一般目標是滿足操作者對轉矩的要求。根據本發明，車輛加速度變化率和減速度變化率的動力學條件還會影響對輸出轉矩的確定。在本發明中，通過提供本發明所確定的受限的命令輸出轉矩來將動力系控制適用於本發明。
上述的示意性系統包括帶有發動機14的車輛，發動機可工作地連接到電動變速器10上，電動變速箱可操作地連接到車輛的動力傳動系統。所示的示意性系統可以控制車輛的加速度變化率，如參照圖2、3A、3B和4所描述的。
如下所述，系統控制器43根據車輛加速度(No_dot)和加速度限制值(No_dot_lim)確定了命令輸出轉矩(To_cmd)。另外一個確定To_cmd的依據是預先選擇的變速器換擋選擇器位置。系統控制器43可以用來確定加速度限制值(No_dot_lim)、測量車輛加速度(No_dot)並確定預先設定的變速器按鈕換擋選擇器位置(PBSS)，如上所述。系統控制器43根據命令輸出轉矩(To_cmd)控制了電動變速器，包括再生制動。該方法最好是在上述系統控制器43中執行，採用的形式是帶有控制邏輯、算法和預定的標度的控制系統50(圖2)。
向控制系統50中的輸入包括車輛加速度(No_dot)、加速度限制值(No_dot_lim)、操作者輸出轉矩要求(To_req)和加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)。從控制系統50中的輸出包括命令輸出轉矩(To_cmd)。EVT控制使用命令輸出轉矩(To_cmd)來建立輸出轉矩。
控制系統50通過計算EVT輸出軸64的輸出速度(No)改變的時間變化率來確定車輛加速度(No_dot)。控制系統通過監視用戶界面13所測量的操作者輸入來確定加速度限制值(No_dot_lim)，操作者輸入包括油門踏板位置和制動力(Brk_Op)。控制系統50通過監視用戶界面13所測量的操作者輸入的變化來確定操作者輸出轉矩要求(To_req)，操作者輸入包括油門踏板位置和制動力(Brk_Op)。加速度限制值(No_dot_lim)和對應的閾值預觸發(No_dot_trigger)在推進的時候是預定的標度值，其是在車輛開發和校準的時候依據特定的車輛、動力系和特定應用確定的。加速度限制值(No_dot_lim)和預觸發(No_dot_trigger)在減速和制動的時候是被確定為換擋選擇器位置和制動力的函數的值。
再次參照附圖2並且參照圖3A和3B和圖4，下面將說明控制系統的工作，包括正加速、沒有制動的負加速(或減速)也就是減速和帶有制動的負加速(或減速)。
當操作者要進行正加速、例如壓下油門踏板的時候，為了確定命令輸出轉矩(To_cmd)，系統確定了加速度限制值(No_dot_lim)、操作者輸出轉矩要求(To_req)和車輛加速度(No_dot)，如上所述。車輛加速度(No_dot)與標定的加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)比較來進行正加速(見圖3A)。當車輛加速度(No_dot)大於標定的加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)的時候，塊66的輸出通過鎖存器(latch)58設置軟體標記Accel_Active，這樣來顯示主動的加速控制。計算加速誤差項Acc_err，包括加速度限制值(No_dot_lim)和車輛加速度(No_dot)之間的差。(見塊65)加速誤差項Acc_err被輸入到比例積分(PI)控制器54，並確定一個受限的輸出轉矩項To_lim。下面將介紹在加速控制初期使用的初始PI設定。將限定的輸出轉矩(To_lim)與操作者輸出轉矩要求(To_req)進行比較，二者中比較小的那個被選擇作為命令輸出轉矩(To_cmd)(見塊55)。當車輛加速度(No_dot)不大於標定的加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)的時候，PI控制器54就根據每個控制環使用一個標度來再校準，標度稍微大於系統的轉矩斜率(torque ramp rate)，PI輸出狀態被重新設定到操作者輸出轉矩要求(To_req)。當加速限定沒有啟動的時候，這樣的再校準影響對下個啟動加速限制控制的快速系統響應，而不會影響任何輸出轉矩限制值。PI控制器及其標度對於本領域的技術人員是公知的，並不需要在這裡進行詳細介紹。當車輛加速度(No_dot)小於標定加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)(見塊66和67)，並且操作者輸出轉矩要求(To_req)小於或等於受限的輸出轉矩項(To_lim)的時候(見塊62)，塊60的輸出就通過鎖存器58復位軟體標記Accel_Active，這樣就可以給PI控制器54一個復位信號，來影響環到環的重新標定並如上所述的復位。
當操作者命令負加速、例如通過單獨釋放加速器踏板或與制動踏板力結合的時候，為了確定命令輸出轉矩(To_cmd)，系統將確定加速度限制值(No_dot_lim)、操作者輸出轉矩要求(To_req)和車輛加速度(No_dot)，如上所述。
參照附圖4，操作者命令負加速(減速)的時候，要根據用戶界面13的輸入來確定加速度限制值(No_dot_lim)，用戶界面的輸入包括換檔選擇器的位置、減速器踏板壓下和制動踏板力。圖4表示的是在系統控制器43中執行的過程。當車輛在沒有制動踏板力也就是為0％的情況下，可以使用表80的內容來確定加速度限制值(No_dot_lim)，表80的內容最好是提前標定過。這樣，在該實施例中，當按鈕換檔選擇器(PBSS)＝F的時候，對應的加速度限制值(No_dot_lim)＝-125rpm/s；PBSS＝1，對應的加速度限制值(No_dot_lim)＝-200rpm/s；PBSS＝2，對應的加速度限制值(No_dot_lim)＝-175rpm/s；PBSS＝3，對應的加速度限制值(No_dot_lim)＝-150rpm/s。當車輛用制動踏板壓下來減速的時候，可以使用表80和82中的內容以及曲線圖84所示的二者之間插值來確定加速度限制值(No_dot_lim)。要確定加速度限制值(No_dot_lim)首先要根據按鈕換擋選擇器(PBSS)確定換檔選擇器的位置，以及使用制動和不使用制動在對應的減速率之間進行插值，其中插值是根據用最大制動力的百分比所表示的制動力(Brk_Op)。這樣，在該實施例中，當換檔選擇器的位置是F的時候，加速度限制值(No_dot_lim)就在-125rpm/s(見80，對應F)和-200rpm/s(見82，對應F)之間，並且其根據操作者所命令的制動力(Brk_Op)的百分比來確定。
再次參照附圖2，車輛加速度(No_dot)與用於負加速的標定加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)相比較(見圖3B)。當車輛加速度(No_dot)的幅度大於標定的加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)的幅度的時候，塊66的輸出通過鎖存器58置位軟體標記Accel_Active，這樣來顯示主動的加速控制。計算加速誤差項Acc_err，包括加速度限制值(No_dot_lim)和車輛加速度(No_dot)之間的差。(見塊65)。計算加速誤差項Acc_err，包括加速度限制值(No_dot_lim)(參照對附圖4的描述)和車輛加速度(No_dot)之間的差。加速誤差項Acc_err被輸入到比例積分(PI)控制器54，並確定了受限的輸出轉矩項(To_lim)。如上所述的、在加速控制初期使用的初始PI設定是關於在推進期間的加速控制。將受限的輸出轉矩項(To_lim)與操作者輸出轉矩要求(To_req)進行比較，小的那項(數量上)被系統控制器選擇作為命令輸出(To_cmd)(見塊55)。
當車輛加速度(No_dot)的幅度不大於標定加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)的時候，PI控制器54就根據每個控制環使用一個標度來再再校準，該標度稍微大於系統的轉矩斜率(ramp_rate)，PI輸出狀態被重新設定為操作者輸出轉矩要求(To_req)。這也是為了達到與先前關於相應的加速度限制值控制的描述相同的目的。PI控制器及其標度對於本領域的技術人員是公知的，並不需要在這裡進行詳細介紹。當車輛加速度(No_dot)的幅度小於標定加速度閾值預觸發(No_dot_trigger)的幅度，(見塊66和67)，並且操作者輸出轉矩要求(To_req)的幅度小於或等於受限的輸出轉矩項(To_lim)的時候(見塊62)，塊60的輸出就通過鎖存器58復位軟體標記Accel_Active，這樣就可以給PI控制器54提供一個復位信號，來影響環到環的重新標定並如上所述的重新設定。
然後，命令輸出轉矩(To_cmd)被系統控制器43用來控制EVT10和發動機14。
已經關於特定的示範性的混合動力繫結構描述了本發明。本領域的普通技術人員將認識到其它混合和常規動力繫結構可以和本發明結合使用。例如，傳統的電動-液壓控制、多速變速器可以與本發明結合使用。
雖然相對於特定殊優選實施例和應用描述本發明，但是可以理解的是，在本發明內容的精神和範圍內，可以作出很多變形。因此，本發明不應該被所公開的實施例限定，其整個的範圍由隨後的權利要求的語言來限定。
權利要求
1.控制車輛加速度的方法，包括監視車輛加速度；和閉環限制車輛輸出轉矩作為預定加速度限制值和車輛加速度的函數。
2.如權利要求1所述的用於控制車輛加速度的方法，其中上述閉環限制只有在車輛的加速度超過預定值的時候才起作用。
3.如權利要求1所述的用於控制車輛加速度的方法，其中上述閉環限制包括提供一個加速度誤差給比例積分控制器來建立一個輸出轉矩限制值並當所請求的輸出轉矩超過輸出轉矩限制值的時候建立輸出轉矩來作為輸出轉矩限制值。
4.如權利要求1所述的用於控制車輛加速度的方法，其中上述預定加速度限制值被確定為在車輛減速期間的制動力的函數。
5.如權利要求1所述的用於控制車輛加速度的方法，其中上述預定加速度限制值被確定為在車輛減速期間的換擋選擇器位置的函數。
6.控制裝備有用於給車輛動力傳動系統提供輸出轉矩的電動變速器的車輛的加速速率的方法，包括確定操作者對輸出轉矩的需求；測量車輛的加速度；限制到車輛動力傳動系統的輸出轉矩為操作者需要的輸出轉矩和輸出轉矩限制值中較小的一個，所述輸出轉矩限制值被確定為車輛加速度和預定加速度限制值的函數。
7.如權利要求6所述的方法，其中確定輸出轉矩限制值包括根據加速度限制值和所測量的車輛加速度來計算加速度誤差；將加速度誤差輸入到可編程控制器以便加速度轉矩限制值包括可編程控制器的輸出。
8.如權利要求6所述的方法，其中確定操作者對輸出轉矩的需求包括解析油門踏板輸入。
9.如權利要求6所述的方法，其中確定操作者對輸出轉矩的需求包括解析制動踏板輸入。
全文摘要
一種控制裝有每個可操作地連接到車輛動力傳動系統的電動變速器和再生制動系統的車輛的加速的方法和裝置。所述方法和裝置包括確定命令變速器預選的換擋選擇器位置的哪一個、確定操作者對加速的要求、使用油門踏板和制動踏板的輸入。測量車輛的加速度，根據命令的預選的換擋選擇器位置、操作者對加速的要求和所測量的車輛加速度來控制從電動變速器和再生制動系統傳遞給車輛動力傳動系統的命令轉矩的幅度。
文檔編號B60K6/02GK1733522SQ200510098040
公開日2006年2月15日 申請日期2005年5月13日 優先權日2004年5月14日
發明者J·-J·F·薩, T·M·斯泰因梅茨, T·-M·希, L·T·尼茨 申請人:通用汽車公司